Cuando buscan ideas para mejorar la vida humana, los inventores suelen recurrir a la naturaleza. Los animales y las plantas, que evolucionaron a lo largo de milenios para prosperar en sus entornos, ofrecen un modelo excelente para la innovación.

Este año, por ejemplo, científicos de China y Suiza presentaron un parche para administrar medicamentos que se parece a las ventosas de un pulpo. El dispositivo, con forma de ventosa, se adhiere al interior de la mejilla del paciente y administra el medicamento por vía oral, sin necesidad de aguja. E inspirados en el blando pepino de mar, los ingenieros desarrollaron un robot magnético que cambia de forma y puede licuarse cuando se calienta y volver a formarse cuando se enfría. Algún día, el invento podría tener aplicaciones médicas, como la extracción de elementos nocivos del estómago de un paciente; también podría ayudar a ensamblar circuitos de difícil acceso o actuar como un tornillo universal.

Pero antes de que cualquiera de estos inventos pudiera hacerse realidad, los científicos tuvieron que aprender algo sobre el mundo natural. En 2023, los investigadores describieron proteínas en el veneno de las orugas, patrones aerodinámicos en las mariposas monarca y materiales reflectantes en los ojos de los crustáceos que podrían servir de lecciones para los ingenieros. Estos avances de hoy podrían inspirar la tecnología del mañana.

Aquí se presentan siete descubrimientos científicos de este año que podrían conducir a nuevas invenciones.

El veneno de la oruga áspid perfora las paredes celulares

Aunque las orugas peludas de áspid pueden parecer inofensivas peluquines que caminan, debes resistir la tentación de tocar una. Debajo de su suave exterior, las orugas de áspid esconden una amenazante red de espinas llenas de veneno. Aunque las larvas de polillas miden poco más de una pulgada de largo, su picadura puede llevar a un humano adulto al hospital. Este año, los científicos analizaron cómo funciona su poderosa toxina.

Según un estudio publicado en julio en Proceedings of the National Academy of Sciences , el veneno de la oruga áspid contiene una proteína inusual que cambia de forma. Cuando la toxina alcanza la superficie exterior de una célula, esta proteína adquiere una forma similar a la de una rosquilla y luego perfora la pared celular.

Las toxinas producidas por bacterias como E. coli y Salmonella entran en las células de forma similar. Por ello, los científicos sugieren que algún tipo de bacteria insertó sus genes en el ADN de una oruga áspid hace mucho tiempo. Luego, una vez que la oruga se convirtió en una polilla adulta, transmitió estos genes a su descendencia.

Al imitar la naturaleza perforadora de las proteínas de la oruga, los ingenieros podrían desarrollar estrategias de administración de medicamentos que “hagan que los medicamentos entren en las células, donde deben actuar”, dijo a Antonia O’Flaherty de la Australian Broadcasting Corporation el coautor del estudio, Andrew Walker, un biocientífico molecular de la Universidad de Queensland en Australia. “Podríamos ser capaces de diseñar este tipo de toxinas para atacar a las células cancerosas o a los patógenos sin tocar las células humanas”.

Ese trabajo podría llevar al menos una o dos décadas, pero esta área de investigación podría significar que algún día el veneno de la oruga áspid podría traer no sólo dolor sino alivio.

Los osos que hibernan no desarrollan coágulos de sangre

Desde largos viajes en avión hasta el reposo en cama después de una cirugía, los períodos prolongados de sedentarismo pueden doblar las venas, lo que hace que la sangre se acumule y aumente el riesgo de coágulos o trombosis venosa profunda. Pero los osos que hibernan permanecen inmóviles durante meses y estos maestros de la inactividad no sufren coágulos de sangre.

Para averiguar cómo lo hacen, los científicos rastrearon osos pardos en Suecia durante los meses de invierno y verano. Tranquilizaron a las enormes criaturas y tomaron muestras de sangre en ambas épocas del año. En un laboratorio improvisado en el campo, descubrieron que una proteína mostraba un cambio estacional significativo: llamada HSP47, estaba presente en altos niveles durante los veranos, pero era casi inexistente durante la hibernación, según un artículo publicado en Science en abril.

Basándose en investigaciones anteriores, los científicos comprendieron que la HSP47 ayudaba a las plaquetas a unirse a los glóbulos blancos para combatir las infecciones. Por lo tanto, al reducir los niveles de la proteína durante la hibernación, parecía que los osos estaban estableciendo una protección contra los coágulos sanguíneos.

Basándose en lo que habían observado en los osos, el equipo se centró en sujetos humanos. Midieron los niveles de HSP47 en personas con lesiones de la médula espinal, que permanecen sedentarias durante largos períodos de tiempo pero no sufren trombosis. Efectivamente, sus niveles de HSP47 eran inferiores a la media. Y cuando los investigadores hicieron que diez voluntarios permanecieran en cama durante 27 días, observaron una caída de esta proteína productora de coágulos durante ese tiempo.

Comprender la HSP47 podría tener implicaciones médicas. Podría ayudar a los médicos a determinar quién tiene un mayor riesgo de trombosis o podría proporcionar vías para el tratamiento preventivo en pacientes con cáncer y en recuperación de cirugías, que tendrían más probabilidades de desarrollar coágulos sanguíneos.

“El tratamiento ideal para la trombosis venosa profunda evitaría que se formen coágulos de sangre donde no deberían, sin afectar la maquinaria normal de coagulación sanguínea del cuerpo”, dijo Kim Martinod, científica biomédica de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica), a Elizabeth Pennisi de Science . “Esto tiene el potencial de ser justamente eso”.

Algunos crustáceos tienen ojos brillantes que les ayudan a esconderse de los depredadores.

Para sobrevivir en el océano, muchas criaturas optan por el camuflaje. Pero algunas lo llevan a otro nivel: los animales fantasmales se esconden de la luz, con cuerpos transparentes que prácticamente desaparecen de la vista. Los calamares de cristal utilizan esta estrategia, junto con las formas larvarias de varios peces, pero tiene un inconveniente: los ojos de las criaturas reflejan la luz, lo que crea un poco de brillo que puede delatar su ubicación a un depredador. Los ojos transparentes simplemente no funcionarían, ya que ciertos pigmentos oscuros son esenciales para la visión.

Sin embargo, algunas larvas de camarones y langostinos han desarrollado una forma de evitar esta deficiencia: sus ojos están cubiertos con una lámina de vidrio que manipula la luz y que hace que el brillo de sus ojos coincida con el color del agua circundante. De esta manera, los diminutos crustáceos pueden volverse invisibles.

En un artículo publicado en Science en febrero, los investigadores examinaron el complejo material que forma este vidrio protector de los ojos. En realidad, está compuesto de esferas diminutas, cada una de apenas mil millonésimas de metro de ancho, hechas de una sustancia llamada isoxantopterina.

Estas esferas, que reflejan la luz como si fueran bolas de discoteca en miniatura, forman una disposición desorganizada con espacios entre ellas, de modo que los crustáceos pueden seguir viendo. El escudo vítreo puede reflejar distintos colores de luz (desde azul intenso hasta verde amarillento) en función de las necesidades de camuflaje del animal. En experimentos de laboratorio, los camarones expuestos a horas de luz solar tenían ojos amarillos reflectantes, pero los que se dejaron en la oscuridad durante la noche reflejaban en cambio verdes. Curiosamente, el tamaño y la disposición de las esferas controlaban el color de la luz que reflejaban, y ese color era constante en todos los ángulos de visión.

Con más investigaciones sobre estas pequeñas esferas, los investigadores podrían descubrir formas de mejorar las tecnologías de manipulación de la luz en paneles solares, teledetección y comunicaciones, según una perspectiva que acompaña al artículo.

“Actualmente existe un gran interés en encontrar materiales orgánicos, biocompatibles y de alto índice de refracción como reemplazos de materiales inorgánicos en pigmentos, cosméticos y otros materiales ópticos”, dijo Benjamin Palmer, coautor del estudio y químico de la Universidad Ben-Gurion del Negev en Israel, a Alice Klein de New Scientist .

O bien, debido a que las diminutas esferas de vidrio crean un color uniforme, las estructuras podrían inspirar pinturas o incluso esmaltes de uñas ecológicos.

Las mariposas monarca obtienen elevación adicional gracias a las manchas en sus alas

La migración de la mariposa monarca, que desafía a la muerte, es única en su clase. No se conoce ninguna otra especie de mariposa que complete un viaje de ida y vuelta, dirigiéndose hacia el sur para pasar el invierno y luego regresando al norte cuando las temperaturas se calientan, como lo hacen las aves. Los insectos pueden cubrir 160 kilómetros en un solo día, recorriendo una distancia total de hasta 4800 kilómetros antes de llegar a sus destinos finales. Para ahorrar energía, a menudo viajan sobre corrientes de aire. Y, según un estudio publicado en PLOS One en junio, los patrones de las alas de las mariposas también podrían darles un impulso.

Según el estudio, cuando las monarcas vuelan, el mosaico de colores oscuros y claros en los bordes de sus alas crea un patrón desigual de calentamiento y enfriamiento. Con las áreas oscuras ligeramente más cálidas y las partes blancas ligeramente más frías, se pueden formar pequeñas bolsas de aire en forma de remolino alrededor de las manchas. Estos remolinos pueden proporcionar un poco de sustentación adicional para los insectos y reducir la resistencia en sus alas al cambiar la forma en que el aire fluye más allá de la mariposa.

La comparación del tamaño de las manchas entre las mariposas monarca y otras especies respaldó esta idea. Las mariposas que no migraban tenían manchas blancas más pequeñas que las monarcas, al igual que ciertas monarcas no migratorias, que pertenecen a generaciones nacidas en verano y que no sobreviven para ver la época de migración en otoño.

Imitar las manchas blancas de las monarcas podría ayudar a los ingenieros a crear drones más eficientes, dicen los investigadores.

“Su dron podría transportar más, porque esta coloración lo ayuda a ganar elevación adicional”, dijo a Zayna Syed de Popular Science el coautor Mostafa Hassanalian, ingeniero mecánico de New Mexico Tech que ha creado drones a partir de aves disecadas.

La investigación muestra que incluso los cambios sutiles en la coloración pueden marcar una gran diferencia. Las mariposas que lograron llegar a México tenían manchas blancas que eran solo un 3 por ciento más grandes, en comparación con las que terminaron sus viajes migratorios en el sur de los Estados Unidos. Aunque esta cifra puede parecer baja, puede tener consecuencias importantes para las monarcas, dijo el coautor Andy Davis, un ecologista animal de la Universidad de Georgia, a Jason Bittel de National Geographic . “Esa podría ser la diferencia entre la vida y la muerte durante la migración”, dijo.

Una planta del desierto absorbe la humedad del aire con sales especiales

Cuando se trata de sobrevivir sin mucha agua, los organismos que habitan en el desierto son maestros de la innovación. Algunos animales, como el monstruo de Gila, se han vuelto expertos en almacenar agua dentro de sus cuerpos. Y las plantas pueden desarrollar raíces profundas para beber de lugares muy profundos.

Pero una planta adaptada a la sequía recurre a otra fuente para obtener humedad: el aire. Los arbustos delgados llamados tamariscos de Athel extraen agua salada del suelo y excretan la sal de sus hojas. Luego, por la noche, estos cristales les permiten recolectar agua del aire, según un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences en octubre.

Los científicos cortaron una rama del tamarisco athel y la llevaron al laboratorio. La colocaron en una cámara con ambiente controlado que imitaba las condiciones del desierto: 35 grados Celsius y 80 por ciento de humedad. Después de dos horas, la rama, con los cristales de sal en las hojas, había ganado 15 miligramos de agua. Cuando analizaron la misma rama sin sal, recolectó solo 1,6 miligramos.

El equipo examinó los componentes de la sal y descubrió que contenía al menos diez materiales diferentes, que en conjunto le permitían extraer agua del aire, incluso a humedades relativamente bajas del 55 por ciento. Uno de estos componentes era el sulfato de litio, que podía absorber agua a las humedades más bajas.

Según los autores, es probable que estas sales, que son producidas naturalmente por la planta, sean seguras para el medio ambiente. Su identificación podría ayudar a los ingenieros a mejorar las prácticas para extraer humedad del aire en regiones con escasez de agua. La siembra de nubes, un proceso que añade cristales a las nubes para incitarlas a crear lluvia, ya se utiliza en países como los Emiratos Árabes Unidos para combatir las condiciones secas y en Pakistán para mitigar el smog.

“Esto promete revolucionar las prácticas de siembra de nubes al hacerlas más efectivas y respetuosas con el medio ambiente, alineándose al mismo tiempo con nuestra responsabilidad de usar sabiamente los escasos recursos hídricos del planeta”, dijo Marieh Al-Handawi, química de la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi y autora principal del estudio, en un comunicado.

Los insectos llamados tiradores arrojan su orina para ahorrar energía

Micción ultrarrápida de insectos

Ver en

Los diminutos insectos llamados “stiradores” beben hasta 300 veces su propio peso corporal cada día. Ingieren exclusivamente la savia del xilema de las plantas (una sustancia de bajo contenido energético compuesta en un 99 por ciento por agua), por lo que deben eliminar una gran cantidad de líquido sobrante. Como resultado, los insectos orinan casi constantemente.

Pero el proceso es sorprendente: un tirador crea una gota de orina sobre un apéndice flexible llamado aguja anal. La aguja gira a lo largo de una bisagra y luego catapulta la orina lejos del insecto a gran velocidad.

En un estudio publicado en febrero en Nature Communications , los científicos descubrieron que, curiosamente, las gotas de orina se desplazaban por el aire un 40 por ciento más rápido que el lápiz óptico. Esta hazaña, en la que un proyectil vuela más rápido que su dispositivo de lanzamiento, se llama “superpropulsión”.

A través de un video en cámara lenta y microscopio, los investigadores descubrieron que un tirador usaba su lápiz para comprimir la gota, creando una tensión superficial que almacena energía hasta que la gota se libera en el momento adecuado, algo así como cuando un saltador sincroniza su salto con un rebote de la tabla para ganar elevación adicional.

Para los científicos, esta capacidad es fascinante, ya que distingue a los tiradores de todos los demás animales: no se ha documentado que ninguna otra especie logre la superpropulsión.

Pero para los insectos, esta extraña táctica tiene un beneficio más práctico. Al arrojar gotitas en lugar de producir un chorro de orina, los tiradores ahorran energía: arrojar orina es de cuatro a ocho veces más eficiente que la alternativa, descubrieron los investigadores.

Los ingenieros podrían aprender de los tiradores de precisión: los mecanismos que utilizan los bichos podrían conducir a mejores formas de eliminar el agua de los dispositivos electrónicos; por ejemplo, un reloj inteligente que pueda expulsar líquido mediante vibraciones de los altavoces. Tal vez la superpropulsión también podría inspirar tecnologías que desempañen las superficies de las gafas o anteojos haciéndolas vibrar.

Las ballenas de Groenlandia pueden reparar su ADN y, al hacerlo, aumentar su resistencia al cáncer.

En el reino animal, la tasa de cáncer es un misterio: estadísticamente, los animales más grandes, que tienen más células en total, deberían padecer cáncer con más frecuencia que los más pequeños. Pero si nos fijamos en los elefantes y las ballenas, no es así: estas enormes criaturas tienen aproximadamente 100 y 1.000 veces la cantidad de células que tenemos los humanos, respectivamente, pero sus tasas de cáncer son mucho más bajas.

Esta inconsistencia, llamada paradoja de Peto, ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Investigaciones anteriores revelaron un gen en los elefantes que parece suprimir los tumores, lo que sugiere una respuesta al problema. Este año, los científicos encontraron dos proteínas en las ballenas de Groenlandia que podrían estar vinculadas a la reparación del ADN, lo que aumenta la resistencia de los animales al cáncer, según un artículo preimpreso publicado en bioRxiv en mayo.

Las ballenas de Groenlandia son los mamíferos más longevos de la Tierra, con una esperanza de vida que puede superar los 200 años. La investigación sugiere que la capacidad de las ballenas para reparar el ADN podría ser una de las claves de su longevidad.

En el estudio, los investigadores cortaron ambas cadenas de la molécula de ADN en células de humanos, vacas, ratones y ballenas de Groenlandia. Se sabe que este tipo de daño, llamado “ruptura de doble cadena”, aumenta el riesgo de cáncer. Más del doble de células de ballenas de Groenlandia pudieron reparar su ADN, en comparación con las células de cualquier otra especie. Y las células de ballena hicieron un trabajo mucho mejor a la hora de reparar el ADN con precisión; las células humanas, de vaca y de ratón a menudo eran descuidadas con las reparaciones, haciendo adiciones o eliminaciones incorrectas a la secuencia de ADN. Estos errores también pueden aumentar el riesgo de cáncer.

El equipo descubrió que las proteínas llamadas CIRBP y RPA2 eran mucho más comunes en las ballenas de Groenlandia y desempeñaban un papel en la reparación de este gen. Tal vez, dicen los científicos, la regulación de dichas proteínas en los seres humanos podría mitigar el daño al ADN.

“Probablemente ya tenemos la solución para la medicina del cáncer en la naturaleza”, dijo a Meghan Rosen de Science News Orsolya Vincze, ecóloga evolutiva del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia que no participó en el estudio. “Solo tenemos que encontrarla”.